AT506447B1 - METHOD FOR CHANGING COMBUSTION GAS (FLUSHING) IN A TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

METHOD FOR CHANGING COMBUSTION GAS (FLUSHING) IN A TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

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AT506447B1 AT0037509A AT3752009A AT506447B1 AT 506447 B1 AT506447 B1 AT 506447B1 AT 0037509 A AT0037509 A AT 0037509A AT 3752009 A AT3752009 A AT 3752009A AT 506447 B1 AT506447 B1 AT 506447B1
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Abstract

Um ein Verfahren für den Verbrennungsgaswechsel (Spülung) in einer aufgeladenen Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder (1) mindestens ein im Zylinderkopf (10) angeordnetes Ein- und Auslassventil (3, 4) zugeordnet ist, bei dem ein Kolben (2) im Zylinder (1) Hubbewegungen zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) ausführt, und gegenüber dem Zylinderkopf (10) einen Zylinderraum (11) mit veränderlichem Volumen einschließt, der Gaswechsel (Spülung) mittels der Ein- und Auslassventile (3, 4) gesteuert wird und mittels eines Aufladesystems das Einlassdruckniveau über das Auslassdruckniveau angehoben wird, wobei der Gaswechsel (Spülung) in der oberen Hälfte der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT (9) endet anzugeben, das eine effektive Spülung ermöglicht und bei dem die bei der Verbrennung anfallende Energie möglichst effektiv genutzt wird, also der Wirkungsgrad verbessert wird, ist vorgesehen, dass der Gaswechsel (Spülung) in der oberen Hälfte der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT (9) beginnt.A method for the combustion gas exchange (purging) in a supercharged two-stroke internal combustion engine, in which each cylinder (1) at least one in the cylinder head (10) arranged inlet and outlet valve (3, 4) is assigned, in which a piston (2) in the cylinder (1) performs lifting movements between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT), and relative to the cylinder head (10) includes a cylinder chamber (11) with variable volume, the gas exchange (purging) by means of the inlet and outlet valves (3, 4), and by means of a supercharging system raising the inlet pressure level above the outlet pressure level, indicating the gas exchange (purge) in the upper half of the reciprocating stroke of the piston from UT to OT (9) allowing effective purge and at the energy used in the combustion is used as effectively as possible, so the efficiency is improved, it is provided that the gas exchange (flushing) in the upper Half of the reciprocating stroke of the piston starts from BDC to TDC (9).

Description

österreichisches Patentamt AT506 447B1 2010-08-15Austrian Patent Office AT506 447B1 2010-08-15

Beschreibungdescription

VERFAHREN FÜR DEN VERBRENNUNGSGASWECHSEL (SPÜLUNG) IN EINER ZWEI-TAKT-BRENNKRAFTMASCHINEMETHOD FOR COMBUSTION GAS CHANGING (RINSING) IN A TWO-STROKE INTERNAL COMBUSTION ENGINE

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für den Verbrennungsgaswechsel (Spülung) in einer Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder mindestens ein im Zylinderkopf angeordnetes Ein- und Auslassventil zugeordnet ist, ein Kolben im Zylinder Hubbewegungen zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) ausführt und gegenüber dem Zylinderkopf einen Zylinderraum mit veränderlichem Volumen einschließt, der Gaswechsel (Spülung) mittels der Ein- und Auslassventile gesteuert und mittels eines Aufladesystems das Einlassdruckniveau über das Auslassdruckniveau angehoben wird, wobei der Gaswechsel (Spülung) in der oberen Hälfte der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT endet.The invention relates to a method for the combustion gas exchange (flushing) in a two-stroke internal combustion engine, wherein each cylinder is assigned at least one arranged in the cylinder head inlet and outlet valve, a piston in the cylinder strokes between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT) and relative to the cylinder head includes a cylinder chamber with variable volume, the gas exchange (purging) controlled by the inlet and outlet valves and raised by means of a charging system, the inlet pressure level above the outlet pressure level, wherein the gas exchange (purging) in the upper half of the stroke of the piston from UT to OT ends.

[0002] Zweitakt-Brennkraftmaschinen weisen gegenüber den im allgemeinen üblichen Viertakt-Brennkraftmaschinen wegen der nur halb so großen Zahl der Arbeitstakte, beziehungsweise Hubbewegungen des Kolbens pro Takt einen wesentlich geringeren Reibleistungsanteil (bezogen auf die abgegebene Leistung) auf. Sie können deshalb in diesem Zusammenhang mit den Bestrebungen, den Kraftstoffverbrauch zu optimieren, eine sinnvolle und vorteilhafte Antriebsvariante darstellen.Two-stroke internal combustion engines have compared to the generally usual four-stroke internal combustion engines because of only half as large number of power strokes, or strokes of the piston per clock a much lower friction power (based on the power delivered) on. You can therefore represent a useful and advantageous drive variant in this context with the efforts to optimize fuel consumption.

[0003] Es ist auch schon bekannt geworden, die bei üblichen Zweitaktbrennkraftmaschi-nen verwendeten Schlitzsteuerungen für den Ein- und Auslass durch Ventile zu ersetzen, so dass, der grundsätzliche Aufbau einer derartigen Zweitakt-Brennkraftmaschine nicht mehr wesentlich von demjenigen einer Viertakt-Brennkraftmaschine abweicht.It has also become known to replace the slot controllers used in usual Zweiaktbrennkraftmaschi-NEN for inlet and outlet valves, so that the basic structure of such a two-stroke internal combustion engine does not differ significantly from that of a four-stroke internal combustion engine ,

[0004] Um bei den notwendigerweise sehr kurzen Ventilöffnungs- und Schließzeiten noch einen ausreichend guten Ladungswechsel und eine zufrieden stellende Spülung zu erzielen, ist es aber in jedem Fall erforderlich, das Einlassdruckniveau mit Hilfe eines Aufladesystems über das Auslassdruckniveau anzuheben.In order to still achieve a sufficiently good charge exchange and a satisfactory flush at the necessarily very short valve opening and closing times, but it is necessary in any case to raise the inlet pressure level by means of a supercharging system on the Auslassdruckniveau.

[0005] Das Problem bei derartigen Zweitakt-Brennkraftmaschinen ist unter anderem auch das Erreichen einer wirkungsvollen Spülung des Arbeits- bzw. Zylinderraums, wenn das unter Druck einströmende Frischgas während der nur kurzen Überschneidungsperioden zwischen den Ein-und Auslassventilen das verbrannte Gas über die Auslassventile aus zu schieben versucht. Beim Spülvorgang soll also verbranntes Gas möglichst weitgehend aus dem Zylinder entfernt werden, zugleich ist man jedoch bemüht, die Frischgasverluste, d.h. einen Verlust an Spülgas äußerst gering zu halten.The problem with such two-stroke internal combustion engines is, inter alia, the achievement of an effective flushing of the working or cylinder chamber when the incoming fresh gas under pressure during the only short overlap periods between the intake and exhaust valves, the burned gas through the exhaust valves tried to push. When flushing so burned gas should be removed as much as possible from the cylinder, at the same time, however, efforts are made, the fresh gas losses, i. To keep a loss of purge gas extremely low.

[0006] Beispielsweise ist ein solcher Zweitaktverbrennungsmotor aus der DE 2701272 C2 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Gaswechsel werden die Verbrennungsgase am Ende der Expansion des Kolbens und zu Beginn des Kompressionshubes des Kolbens ausgewechselt. Es soll so zwar eine vollständige Ausspülung des Verbrennungsgases möglich sein, jedoch bestehen Zweifel, ob aufgrund der geometrischen Ausbildung des Zylinderraums während des wie voran beschriebenen Gaswechsels diese Forderung erfüllbar ist, insbesondere bei gleichzeitig minimalen Spülgasverlusten.For example, such a two-stroke internal combustion engine from DE 2701272 C2 is known. In the gas exchange described there, the combustion gases are replaced at the end of the expansion of the piston and at the beginning of the compression stroke of the piston. Although a complete flushing of the combustion gas should be possible in this way, however, there are doubts as to whether this requirement can be met due to the geometric design of the cylinder space during the gas exchange as described above, in particular with minimal flushing gas losses.

[0007] Die DE 40 12 474 A1 zeigt eine gemischverdichtende Zweitakt-Brennkraftmaschine mit zumindest einem Ein- und Auslassventil je Brennraum zum Ladungswechsel und Brennraumspülung durch Frischgaszufuhr bei Überschneidung der Öffnungszeiten von Ein- und Auslassventil, wobei der Schließzeitpunkt des Einlassventils den Beginn des Verdichtungshubes, dagegen der Öffnunszeitpunkt des Auslassventils das Ende des Arbeitshubes im Brennraum definieren.DE 40 12 474 A1 shows a mixture-compressing two-stroke internal combustion engine with at least one inlet and outlet valves per combustion chamber for charge exchange and combustion chamber purge by fresh gas supply at overlap of opening times of intake and exhaust valve, wherein the closing time of the intake valve, the beginning of the compression stroke, whereas the opening time of the outlet valve defines the end of the working stroke in the combustion chamber.

[0008] Aus der US 4 995 348 ist eine Zweitakt-Brennkraftmaschine mit einem Ein- und Auslassventil pro Brennraum bekannt. Mittels eines Verdichters wird das Frischgas unter Druck dem Brennraum zugeführt. 1/6 österreichisches Patentamt AT506 447B1 2010-08-15 [0009] Um aber eine niedrige Schadstoffemission, einen niedrigen Kraftstoffverbrauch und auch ein akzeptables Leerlaufverhalten zu erzielen, ist eine gute Spülung des Zylinderraums, d.h. dass der Frischluftstrom vom Einlassventil den Abgasstrom effektiv über das Auslassventil aus dem Zylinderraum spülen kann, unbedingt erforderlich.From US 4,995,348 a two-stroke internal combustion engine with an inlet and outlet valve per combustion chamber is known. By means of a compressor, the fresh gas is supplied under pressure to the combustion chamber. In order to achieve a low pollutant emission, a low fuel consumption and also an acceptable idling behavior, a good flushing of the cylinder space, i. that the fresh air flow from the inlet valve can effectively flush the exhaust gas flow out of the cylinder chamber via the outlet valve, absolutely necessary.

[0010] Der Erfindung liegt dem gegenüber somit die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Abführung der Verbrennungsgase aus dem Zylinder anzugeben, das eine effektive Spülung ermöglicht und bei dem die bei der Verbrennung anfallende Energie möglichst effektiv genutzt wird, also der Wirkungsgrad der gattungsgemäßen Zweitakt-Brennkraftmaschine effektiv verbessert wird.The invention is therefore opposite to the object to provide a method for discharging the combustion gases from the cylinder, which allows effective flushing and in which the energy generated during combustion is used as effectively as possible, ie the efficiency of the generic two-stroke Engine is effectively improved.

[0011] Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1.The solution of this object is achieved according to the characterizing part of patent claim 1.

[0012] Bisher wurden wie oben beschrieben beim Zweitaktverfahren also der Verbrennungsgaswechsel ohne einer zusätzlichen Kurbelwellenumdrehung realisiert, in dem die Verbrennungsgase am Ende der Expansion und zu Beginn des Kompressionshubes ausgewechselt werden. Damit ist der Expansionstakt des Kolbens, also die Hubbewegung des Kolbens von OT nach UT recht kurz und die bei der Verbrennung auftretende Energie nur eingeschränkt nutzbar.So far, as described above, the two-stroke process so the combustion gas exchange without an additional crankshaft revolution realized in which the combustion gases are replaced at the end of the expansion and at the beginning of the compression stroke. Thus, the expansion stroke of the piston, so the stroke of the piston from OT to UT is quite short and the energy occurring during combustion can only be used to a limited extent.

[0013] Dadurch, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren für den Verbrennungsgaswechsel (Spülung) im Gegensatz zum bisherigen Stand der Technik ausschließlich in der oberen Hälfte der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT (also im Kompressionstakt) endet und beginnt, kann der Expansionstakt wesentlich länger gestaltet werden als der Kompressionstakt. Damit verbessert sich der Wirkungsgrad. Die Geometrie des Zylinderraums ist hinsichtlich eines effektiven Spülvorgangs wesentlich verbessert, d.h. die Spülqualität ist wegen der vereinfachten Geometrie deutlich verbessert, ohne dass hinsichtlich der Ausbildung des Frischluft- und Abgasstroms aufwendige Maßnahmen vorgenommen werden müssen.Characterized in that in the inventive method for the combustion gas exchange (flushing) in contrast to the prior art only in the upper half of the stroke of the piston from UT to TDC (ie in the compression stroke) ends and begins, the expansion stroke can be designed much longer be considered the compression stroke. This improves the efficiency. The geometry of the cylinder space is significantly improved in terms of effective rinsing, i. the rinsing quality is significantly improved because of the simplified geometry, without the need to take expensive measures with regard to the formation of the fresh air and exhaust gas flow.

[0014] In einer weiterhin bevorzugten Ausführung ist der Zylinderraum während des Gaswechsels (Spülung) bezüglich der Kolbenachse breiter als hoch.In a further preferred embodiment, the cylinder space during the gas exchange (purging) with respect to the piston axis is wider than high.

[0015] Die Unteransprüche beinhalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims include expedient developments of the invention.

[0016] Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben.The invention will be described below by way of example without limiting the general inventive concept using an exemplary embodiment with reference to the drawing.

[0017] Die einzelnen Verfahrensschritte des erfindungsgemäßen Gaswechsels (Spülung) in einer Zweitakt-Brennkraftmaschine sind in der einzigen Figur mit der Detailnummerierung 1 bis 5 aufeinanderfolgend von links nach rechts dargestellt.The individual process steps of the gas exchange (flushing) according to the invention in a two-stroke internal combustion engine are shown in the single figure with the detail numbering 1 to 5 consecutively from left to right.

[0018] Kennzeichnung 2 stellt einen in üblicherweise an der Kurbelwelle mittels eines Pleuels angelenkten Kolben dar, der in dem Zylinder 1 auf- und abgleitend geführt ist und gegenüber dem Zylinderkopf 10 einen Zylinderraum 11 mit veränderlichem Volumen einschließt. In diesen Zylinderraum 11 mündet ein durch ein Einlassventil 3 gesteuerter Einlasskanal sowie ein durch ein Auslassventil 4 gesteuerter Auslasskanal. Die Ventile 3 und 4 werden in an sich bekannter Weise von einer Nockenwelle betätigt, die jedoch im Gegensatz zu der Nockenwelle einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit der gleichen Drehzahl wie die Kurbelwelle dreht.Marking 2 represents a usually articulated on the crankshaft by means of a connecting rod piston which is guided in the cylinder 1 up and down sliding and relative to the cylinder head 10 includes a cylinder chamber 11 with variable volume. In this cylinder chamber 11 opens an inlet channel controlled by an inlet valve 3 and a controlled by an outlet valve 4 outlet channel. The valves 3 and 4 are actuated in a conventional manner by a camshaft, which, however, in contrast to the camshaft of a four-stroke internal combustion engine rotates at the same speed as the crankshaft.

[0019] Um nun zu erreichen, dass das über das Einlassventil 3 einströmende Frischgas beziehungsweise die Frischluft möglichst gut den Zylinderraum 11 durchströmt und, ohne sich mit dem verbrannten Abgas des vorausgehenden Arbeitstaktes (Detail 1) allzu sehr zu vermischen, dieses Abgas bei geöffnetem Auslassventil 4 möglichst vollständig aus dem Zylinderraum 11 hinaustreibt, müssen besondere Maßnahmen getroffen werden. Dazu dient zum einen eine Einlassdruckerhöhung mittels eines hier nicht weiter dargestellten Aufladesystems, das als Abgasturbolader oder als Kompressor ausgebildet sein kann.In order to achieve that the fresh gas flowing in via the inlet valve 3 or the fresh air flows through the cylinder chamber 11 as well as possible and without too much mixing with the burned exhaust gas of the preceding power stroke (detail 1), this exhaust gas with the exhaust valve open 4 as completely as possible from the cylinder chamber 11, special measures must be taken. Serves for an intake pressure increase by means of a charging system not shown here, which may be configured as exhaust gas turbocharger or as a compressor.

[0020] Dabei ist es je nach Größe der Brennkraftmaschine möglich, jeweils mehrere Ein-und Auslassventile 3, 4 im Zylinderkopf 10 anzuordnen, die einen entsprechenden großflächigen Ein- und Auslass bilden. 2/6 österreichisches Patentamt AT506 447 B1 2010-08-15 [0021] Mit OT ist der obere Totpunkt des Kolbens 2 bezeichnet, mit UT der untere Totpunkt.It is possible, depending on the size of the internal combustion engine, in each case a plurality of intake and exhaust valves 3, 4 to be arranged in the cylinder head 10, which form a corresponding large-scale inlet and outlet. [0021] OT denotes the top dead center of the piston 2, UT indicates the bottom dead center.

[0022] Um die Erfindung besser zu verdeutlichen ist hier exemplarisch ein Zweitaktmotor skizziert, bei dem ein Zylinder 1 einen Kolbenhub von 44 cm mit einem Kolbendurchmesser von 32 cm erlaubt.To better illustrate the invention, a two-stroke engine is sketched here by way of example, in which a cylinder 1 allows a piston stroke of 44 cm with a piston diameter of 32 cm.

[0023] Detail 1 der Figur zeigt den Expansionstakt (Pfeil 8), beziehungsweise den so genannten Arbeitshub, bei dem der Kolben 2 sich von OT nach UT bewegt und die Ein- und Auslassventile 3, 4 geschlossen bleiben.Detail 1 of the figure shows the expansion stroke (arrow 8), or the so-called working stroke, in which the piston 2 moves from TDC to TDC and the inlet and outlet valves 3, 4 remain closed.

[0024] Detail 2 zeigt den Kolben 2 in UT, Pfeil 9 deutet jedoch an, dass die Hubbewegung des Kolbens 2 von UT nach OT beginnt, wobei während der Hubbewegung 9 das Auslassventil 4 öffnet (A), während das Einlassventil 3 noch geschlossen bleibt. Die Auspuffgase entspannen sich dabei bis in die Nähe des Abgasgegendrucks.Detail 2 shows the piston 2 in UT, arrow 9, however, indicates that the stroke movement of the piston 2 starts from UT to TDC, during the lifting movement 9, the exhaust valve 4 opens (A), while the inlet valve 3 is still closed , The exhaust gases relax until they are close to the exhaust backpressure.

[0025] Detail 3 zeigt die den Zylinderraum 11 begrenzende Oberseite des Kolbens 2 während der Hubbewegung 9 in einer Position, die 9,2 cm vor OT liegt, d.h., bei der der Zylinderraum 11 eine Höhe von 9,2 cm aufweist. In dieser Position des Kolbens 2 öffnet das Einlassventil 3 (B). Das heißt, dass bei etwa einer verbleibenden Hubbewegung 9 des Kolbens 2 von UT nach OT von ca. 25%, was hier in guter Näherung, wenn man davon ausgeht, dass die Hubbewegung 9 von UT nach OT (genauso wie die Hubbewegung 8 von OT nach UT) 180° Kurbelwinkel umfasst, etwa 54° Kurbelwinkel vor OT entspricht, das Einlassventil 3 bei gleichzeitig bereits geöffnetem Auslassventil 4 geöffnet wird. Die unter Druck eintretende Frischluft beziehungsweise das Frischgas verdrängt die Auspuffgase, wobei eine teilweise Vermischung der Frischgase mit dem Abgas eintritt und Teile der Frischluft beziehungsweise der Mischgase über das Auslassventil entweichen. Es entsteht ein U-förmiger Strom aus Frischluftstrom 6 und Abgasstrom 7 vom Einlassventil 6 zum Auslassventil 7 über die Breite des Zylinderraums 11.Detail 3 shows the upper side of the piston 2 bounding the cylinder space 11 during the lifting movement 9 in a position which is 9.2 cm before TDC, that is to say in which the cylinder space 11 has a height of 9.2 cm. In this position of the piston 2, the intake valve 3 (B) opens. This means that with approximately one remaining stroke movement 9 of the piston 2 from BDC to BDC of approximately 25%, which in a good approximation, assuming that the lifting movement 9 from BDC to BDC (as well as the lifting movement 8 of OT after UT) comprises 180 ° crank angle, corresponds to about 54 ° crank angle before TDC, the intake valve 3 is opened at the same time already open exhaust valve 4. The incoming fresh air under pressure or the fresh gas displaces the exhaust gases, with a partial mixing of the fresh gases with the exhaust gas occurs and escape parts of the fresh air or the mixed gases through the exhaust valve. The result is a U-shaped stream of fresh air stream 6 and exhaust stream 7 from the inlet valve 6 to the outlet valve 7 across the width of the cylinder chamber eleventh

[0026] Detail 4 zeigt den Kolben 2 während der Bewegung 9 in einer Position, bei der wiederum die Oberseite des Kolbens 2 eben 7,2 cm vor OT liegt, d.h, bei der der Zylinderraum 11 eine Höhe von 7,2 cm aufweist, wobei bei dieser Position des Kolbens 2 das Auslassventil 4 geschlossen wird (C), d.h. dass das Auslassventil 4 bei etwa einer verbleibenden Hubbewegung des Kolbens 2 von UT nach OT von ca. 16%, was in guter Näherung jetzt analog zu den voran gemachten Ausführungen etwa 48° Kurbelwinkel vor OT entspricht, bei gleichzeitig noch geöffnetem Einlassventil 3 geschlossen wird. Es tritt damit weiter unter erhöhtem Ladedruck stehende Frischluft ein, die den Zylinderraum 11 auffüllt. Durch das noch geöffnete Einlassventil 3 wird weiter vorverdichtetes Gas in den Zylinder gepresst, so dass dieser eine kräftige Aufladung erfährt.Detail 4 shows the piston 2 during the movement 9 in a position in which again the top of the piston 2 is just 7.2 cm before TDC, ie, in which the cylinder chamber 11 has a height of 7.2 cm, wherein in this position of the piston 2, the exhaust valve 4 is closed (C), ie that the exhaust valve 4 at approximately a remaining stroke of the piston 2 from UT to TDC of about 16%, which corresponds to a good approximation now analogous to the previous statements about 48 ° crank angle before TDC, while still open inlet valve 3 is closed. It thus continues under increased boost pressure standing fresh air, which fills the cylinder chamber 11. Through the still open inlet valve 3 further precompressed gas is pressed into the cylinder so that it undergoes a vigorous charge.

[0027] Detail 5 zeigt den Kolben 2 während der Hubbewegung 9 in einer Position, bei der die Oberseite des Kolbens 2 etwa bei 4,2 cm vor UT liegt, also die Höhe des Zylinderraums 11 eben 4,2 cm beträgt, wobei bei dieser Position des Kolbens 2 auch das Einlassventil 3 geschlossen ist (D), d.h. dass das Einlassventil 3 bei etwa einer verbleibenden Hubbewegung des Kolbens 2 von UT nach OT von ca. 10%, das analog zum voran gesagten etwa 36° Kurbelwinkel vor OT entspricht, ebenfalls wieder geschlossen wird.Detail 5 shows the piston 2 during the lifting movement 9 in a position in which the top of the piston 2 is about 4.2 cm from UT, so the height of the cylinder chamber 11 is just 4.2 cm, in this Position of the piston 2 and the inlet valve 3 is closed (D), ie that the intake valve 3 at about a remaining stroke of the piston 2 from UT to TDC of about 10%, which corresponds to the above-mentioned approximately 36 ° crank angle before TDC, also closed again.

[0028] Detail 1 zeigt wieder den eigentlichen Beginn der Kompressionsphase, d.h, das Einlassventil 3 schließt kurz vor OT, der Kolben 2 verdichtet dann das Gas weiter, bis am OT die Zündung erfolgt, entweder durch eine Zündkerze oder durch das Einspritzen von Dieselkraftstoff. Detail 1 zeigt also wieder wie ganz links der Figur den Arbeitshub 8 von OT nach UT, bei dem Ein- und Auslassventile 3, 4 während der Hubbewegung 8 geschlossen bleiben.Detail 1 again shows the actual beginning of the compression phase, that is, the intake valve 3 closes shortly before TDC, the piston 2 then further compresses the gas until ignition takes place at the TDC, either by a spark plug or by the injection of diesel fuel. Detail 1 thus again shows how the leftmost of the figure the working stroke 8 from OT to UT, in the inlet and outlet valves 3, 4 remain closed during the lifting movement 8.

[0029] All diese Schritte, d.h. die spezielle Steuerung der Ein- und Auslassventile 3, 4 tragen dazu bei, einen Frischluftstrom 6 zu erzeugen, der in der Lage ist, innerhalb kurzer Zeit, nämlich des für den Spülvorgang zur Verfügung stehende Kurbelwinkelbereichs die in den Zylinder 11 vorhandenen Abgase durch das geöffnete Auslassventil 4 durch einen Abgasstrom 7 in den Auslasskanal zu drängen.All these steps, i. the special control of the intake and exhaust valves 3, 4 help to generate a fresh air flow 6, which is able, within a short time, namely the available for the purge crank angle range present in the cylinder 11 exhaust gases through the open Outlet valve 4 to urge through an exhaust gas flow 7 in the exhaust passage.

[0030] Der gesamte Gaswechsel (Spülung) findet beim angegebenen Ausführungsbeispiel in einem Zylinderraum 11 statt, dessen Breite immer 32cm beträgt und dessen Höhe sich zwi- 3/6 österreichisches Patentamt AT506 447 B1 2010-08-15 sehen 9,2cm und 7,2cm bewegt, also der Zylinderraum 11 während des Gaswechsels (Spülung) bezüglich der Kolbenachse immer breiter ist als hoch.In the given embodiment, the entire gas exchange (flushing) takes place in a cylinder chamber 11 whose width is always 32 cm and whose height is between 9.2 cm and 7 mm. 2cm moves, so the cylinder chamber 11 during the gas exchange (flushing) with respect to the piston axis is always wider than high.

[0031] Desweiteren wird der Gaswechsel (Spülung) im oberen Drittel der Hubbewegung 9 des Kolbens 2 von UT nach OT begonnen und beendet.Furthermore, the gas exchange (purge) in the upper third of the stroke 9 of the piston 2 is started from UT to OT and finished.

[0032] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird mittels eines Regelkreises aus Sensoren und mindestens eines Stellgliedes das Auslassdruckniveau in Abhängigkeit des Einlassdruckniveaus geregelt.In a further preferred embodiment of the present invention, the outlet pressure level is regulated as a function of the inlet pressure level by means of a control loop of sensors and at least one actuator.

[0033] Im einfachen Fall verfügt die Brennkraftmaschine über einen ausreichend bekannten Regelkreis, der mindestens jeweils einen Sensor zum Erfassen des Druckniveaus vor dem Einlassventil 3 und nach dem Auslassventil 4 umfasst, wobei die Sensoren per Kennlinienvergleich und Regelkreis mit einem Stellglied kommunizieren, das in bekannter Weise durch ein Regelverfahren aktivierbar ist. Im Ausführungsbeispiel wird der Druck also auf eine bestimmte Größe geregelt, um die Spülung konstant zu halten.In the simple case, the internal combustion engine has a sufficiently well-known control circuit, which comprises at least one sensor for detecting the pressure level before the inlet valve 3 and after the exhaust valve 4, wherein the sensors communicate by characteristic comparison and control loop with an actuator which in known Way can be activated by a control method. In the exemplary embodiment, the pressure is thus regulated to a certain size in order to keep the flushing constant.

[0034] Bevorzugt wird das Verhältnis von Einlass- und Auslassdruckniveau konstant gehalten.Preferably, the ratio of inlet and outlet pressure levels is kept constant.

[0035] Als Stellglied kann eine Drosselklappe im Zustrom zum Einlassventil 3 zur Regelung des Einlassdruckniveaus oder eine variable Turbinengeometrie oder ein Wastegate des Aufladesystems zur Regelung des Auslassdruckniveaus verwendet werden.As the actuator, a throttle valve in the flow to the intake valve 3 for controlling the intake pressure level or a variable turbine geometry or a wastegate of the supercharging system for controlling the Auslassdruckniveaus be used.

[0036] Bevorzugt kann eine Lastregelung durch die Regelung des Auslassdruckniveaus vorgenommen werden. Für die Lastregelung gilt, dass bei halber Motorleistung die gleichen Druckverhältnisse wie bei Volllast gelten sollen. Als Stellglied zur Regelung des Auslassdruckniveaus kann natürlich auch eine Drosselklappe im Abgastrakt verwendet werden.Preferably, a load control can be performed by the regulation of Auslassdruckniveaus. For the load regulation applies that with half engine power the same pressure conditions as with full load are to apply. Of course, a throttle valve in the exhaust tract can be used as an actuator for regulating the Auslassdruckniveaus.

[0037] In einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann eine bezüglich des Zylinders 1 interne Abgasrückführung (AGR) der Brennkraftmaschine durch die Regelung des Abgasdruckniveaus in Abhängigkeit des Einlassdruckniveaus dahingehend beeinflusst werden, dass die AGR zur Lastregelung oder zum Anwärmen eines Brenngases verwendet wird, so dass eben heißes Abgas in Abhängigkeit des geregelten Auslassdruckniveaus gezielt im Zylinderraum 11 belassen werden kann.In another preferred embodiment, an internal exhaust gas recirculation (EGR) of the internal combustion engine with respect to the cylinder 1 can be influenced by controlling the exhaust gas pressure level depending on the intake pressure level so that the EGR is used for load control or heating of a fuel gas, so that hot exhaust gas can be selectively left in the cylinder chamber 11 depending on the regulated Auslaßdruckniveaus.

[0038] Beim Gaswechsel (Spülung) verbleiben in etwa 40 Volumen-% des Abgases im Zylinderraum 11, d.h. der Abgasstrom 7 der durch den Frischluftstrom 6 ausgespült wird, umfasst ca. 60 Volumen-% des Abgasvolumens. Somit kann man durch die Druckniveauregelung die interne AGR hinsichtlich der Motorleistung beeinflussen. Die Richtgröße ist hier das Verhältnis von Abgasdruck zu Frischgasdruck. Auf diese Weise werden die Spülverluste niedrig gehalten. 1 Zylinder 2 Kolben 3 Einlassventil 4 Auslassventil 5 Einspritzdüse, bzw. Zündvorrichtung 6 Frischluftstrom 7 Abgasstrom 8 Hubbewegung des Kolbens von OT nach UT 9 Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT 10 Zylinderkopf 11 Zylinderraum OT oberer Todpunkt UT unterer Todpunkt A Öffnen des Auslassventils B öffnen des Einlassventil C Schließen des Auslassventils D Schließen des Einlassventils 4/6When gas is exchanged (purging) remain in about 40% by volume of the exhaust gas in the cylinder chamber 11, i. E. the exhaust gas stream 7 which is flushed out by the fresh air stream 6 comprises about 60% by volume of the exhaust gas volume. Thus, one can influence the internal EGR in terms of engine performance by the pressure level control. The benchmark here is the ratio of exhaust pressure to fresh gas pressure. In this way, the flushing losses are kept low. 1 Cylinder 2 Piston 3 Inlet valve 4 Outlet valve 5 Injector or ignition device 6 Fresh air flow 7 Exhaust gas flow 8 Piston stroke from TDC to TDC 9 Stroke movement of the piston from TDC to TDC 10 Cylinder head 11 Cylinder chamber TDC TDC TDC TDC A Open the outlet valve B of intake valve C Close of exhaust valve D Close of intake valve 4/6

Claims (12)

österreichisches Patentamt AT506 447B1 2010-08-15 Patentansprüche 1. Verfahren für den Verbrennungsgaswechsel (Spülung) in einer aufgeladenen Zweitakt-Brennkraftmaschine, bei der jedem Zylinder (1) mindestens ein im Zylinderkopf (10) angeordnetes Ein- und Auslassventil (3,4) zugeordnet ist, bei dem ein Kolben (2) im Zylinder (1) Hubbewegungen zwischen einem oberen Totpunkt (OT) und einem unteren Totpunkt (UT) ausführt, und gegenüber dem Zylinderkopf (10) einen Zylinderraum (11) mit veränderlichem Volumen einschließt, der Gaswechsel (Spülung) mittels der Ein- und Auslassventile (3, 4) gesteuert wird und mittels eines Aufladesystems das Einlassdruckniveau über das Auslassdruckniveau angehoben wird, wobei der Gaswechsel (Spülung) in der oberen Hälfte der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT (9) endet dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswechsel (Spülung) in der oberen Hälfte der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT (9) beginnt.Austrian Patent Office AT506 447B1 2010-08-15 Patent 1. Method for the combustion gas exchange (flushing) in a supercharged two-stroke internal combustion engine, in which each cylinder (1) at least one in the cylinder head (10) arranged inlet and outlet valve (3,4) is assigned, in which a piston (2) in the cylinder (1) carries strokes between a top dead center (TDC) and a bottom dead center (UT), and relative to the cylinder head (10) includes a cylinder chamber (11) with variable volume, the Gas change (purging) is controlled by means of the inlet and outlet valves (3, 4) and is raised by means of a charging system, the inlet pressure level above the Auslassdruckniveau, the gas exchange (purging) in the upper half of the stroke movement of the piston from BDC to TDC (9) ends characterized in that the gas exchange (purging) in the upper half of the stroke movement of the piston from UT to TDC (9) begins. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswechsel (Spülung) im oberen Drittel der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT (9) endet.2. The method according to claim 1, characterized in that the gas exchange (purging) in the upper third of the stroke movement of the piston from UT to TDC (9) ends. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Gaswechsel (Spülung) im oberen Drittel der Hubbewegung des Kolbens von UT nach OT (9) beginnt.3. The method according to claim 2, characterized in that the gas exchange (purging) in the upper third of the stroke movement of the piston from UT to TDC (9) begins. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderraum (11) während des Gaswechsels (Spülung) bezüglich der Kolbenachse breiter ist als hoch.4. The method according to claim 1 to 3, characterized in that the cylinder space (11) during the gas exchange (purging) with respect to the piston axis is wider than high. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei etwa einer verbleibenden Hubbewegung (9) des Kolbens (2) von UT nach OT von ca. 25% das Einlassventil (3) bei gleichzeitig bereits geöffnetem Auslassventil (4) geöffnet wird, das Auslassventil (4) bei etwa einer verbleibenden Hubbewegung (9) des Kolbens (2) von UT nach OT von ca. 16% bei gleichzeitig noch geöffnetem Einlassventil (3) geschlossen wird, und dass das Einlassventil (3) bei etwa einer verbleibenden Hubbewegung (9) des Kolbens (2) von UT nach OT von ca. 10% ebenfalls wieder geschlossen wird und Ein- und Auslassventil (3,4) während der Hubbewegung (8) des Kolbens (2) von OT nach UT geschlossen bleiben.5. The method according to claim 1, characterized in that at about one remaining stroke (9) of the piston (2) from UT to TDC of about 25%, the inlet valve (3) is opened at the same time already open outlet valve (4) Exhaust valve (4) at about a remaining stroke (9) of the piston (2) from UT to TDC of about 16% with simultaneously open inlet valve (3) is closed, and that the inlet valve (3) in about one remaining stroke movement ( 9) of the piston (2) from UT to TDC of about 10% is also closed again and inlet and outlet valve (3,4) remain closed during the stroke movement (8) of the piston (2) from TDC to BDC. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Regelkreises aus Sensoren und eines Stellgliedes das Auslassdruckniveau in Abhängigkeit des Einlassdruckniveaus geregelt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that by means of a control loop of sensors and an actuator, the Auslassdruckniveau is regulated in dependence on the inlet pressure level. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Einlass-und Auslassdruckniveau konstant gehalten wird.A method according to claim 6, characterized in that the ratio of inlet and outlet pressure levels is kept constant. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellglied eine Drosselklappe im Zustrom zum Einlassventil (3) verwendet wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that a throttle valve in the influx to the inlet valve (3) is used as the actuator. 9. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lastregelung der Brennkraftmaschine durch die Regelung des Auslassdruckniveaus vorgenommen wird.9. The method according to claim 6 or 7, characterized in that a load control of the internal combustion engine is carried out by the regulation of the Auslassdruckniveaus. 10. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellglied eine variable Turbinengeometrie oder ein Wastegate des Aufladesystems in Form eines Turboladers zur Regelung des Auslassdruckniveaus verwendet wird.10. The method according to claim 6, 7 or 9, characterized in that a variable turbine geometry or a wastegate of the supercharging system in the form of a turbocharger for controlling the Auslassdruckniveaus is used as the actuator. 11. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet dass als Stellglied zur Regelung des Auslassdruckniveaus eine Drosselklappe im Abgastrakt verwendet wird.11. The method according to claim 6, 7 or 9, characterized in that as an actuator for controlling the Auslassdruckniveaus a throttle valve is used in the exhaust system. 12. Verfahren nach Anspruch 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine bezüglich des Zylinderraums (11) interne Abgasrückführung (AGR) durch die Regelung des Abgasdruckniveaus in Abhängigkeit des Einlassdruckniveaus dahingehend beeinflusst wird, dass die interne AGR zur Lastregelung oder zum Anwärmen eines Brenngases verwendet werden kann. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 5/612. The method according to claim 6 to 11, characterized in that with respect to the cylinder chamber (11) internal exhaust gas recirculation (EGR) is influenced by the control of the exhaust gas pressure level as a function of the inlet pressure level to the effect that the internal EGR used for load control or for heating a fuel gas can be. For this 1 sheet drawings 5/6
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